Každé pivo se drží svých kvasinek

České pivovarství spontánně přešlo od r. 1848 na výrobu piva s použitím kvasničných kmenů spodního kvašení Saccharomyces cerevisiae var. uvarum. Kvasinky těchto kmenů jsou hydrofi lní a klesají po prokvašení ke dnu. Liší se tím od kvasinek svrchního kvašení, jež jsou spíše hydrofobní a jsou vynášeny k hladině. Po zavedení čistých kultur kvasnic koncem 19. století si každý pivovar vybral pro své výrobky vhodný kmen. U kvasničných kmenů se stanovily základní technologické vlastnosti, a to především kvasná a sedimentační schopnost. Kmeny byly označeny čísly a zařazeny do sbírky. Hlavní sbírka uchovávaných kmenů pivovarských kvasinek je soustředěna ve Výzkumném ústavu pivovarském a sladařském v Praze.

Neustále doplňujeme poznatky o třech kmenech (č. 2, 7 a 95) ¹⁾ pivovarských kvasinek používaných v provozu tří významných českých pivovarů, zkoumáme jejich vlastnosti a podíl na kvalitě i specifi ckém charakteru příslušné značky piva. Na tomto příkladu si v kostce ukážeme, co všechno pivovarníky na kvasinkách zajímá. Modelové kvašení se děje v desetilitrových skleněných kvasných válcích na 12% a 10% světlé mladině, která je odebrána v provozu jednoho českého pivovaru. ²⁾

Kmen 2 je středně hluboko až hluboko prokvašující. Velmi dobře se přizpůsobuje změnám koncentrace mladiny a teploty kvašení. Kmen 7 je středně hluboko prokvašující, velmi dobře fl okuluje ³⁾ i sedimentuje a dobře se adaptuje na změny koncentrace mladiny. Kmen 95 je hluboko prokvašující, dobře fl okuluje, sedimentuje hůře a má horší adaptabilitu ⁴⁾ na změnu koncentrace mladiny.

Stabilitě piva pomáhá oxid siřičitý

Oxid siřičitý v pivu pochází ze sirných sloučenin, které v průběhu kvašení zpracovávají pivovarské kvasinky. Díky svým antimikrobiálním, antioxidačním a redukčním vlastnostem chrání z velké části pivo od neblahého vlivu aktivního kyslíku a řady karbonylových sloučenin. To dokazuje i jeho schopnost potlačit chemiluminiscenci, z čehož vyplývá možnost „vychytávat“ aktivní kyslík a tím brzdit radikálové reakce. Zvýšená hladina oxidu siřičitého v pivu má proto příznivý vliv na jeho fyzikálně-chemickou stabilitu, oddaluje tvorbu nebiologických zákalů při skladování, a navíc podporuje i čerstvou chuť piva do doby spotřeby.

Množství SO₂ roste s koncentrací a hodnotou pH mladiny, s množstvím sirných aminokyselin a síranů v mladině a udává se, že i s násadní dávkou kvasnic. Jeho množství naopak klesá při vyšším provzdušnění a vyšší koncentraci nenasycených lipidů v mladině. Mají na něj významný vliv i genetické vlastnosti použitého kmene kvasnic, které kódují schopnosti redukovat sírany. Tuto metabolickou činnost také určuje fyziologický stav kvasinek. Procesy, které vedou k vyčerpání buněčného rezervního polysacharidu glykogenu před nasazením (hladovění, teplota a doba skladování), významně podporují tvorbu SO₂.

Všechny tři kmeny tvoří nejvíce oxidu siřičitého v době, kdy dosáhnou svého maximálního růstu (obrázek), pak jeho tvorba mírně klesá, jednak v důsledku interakce v komplexech s karbonyly, jednak ho oxid uhličitý strhává do kvasných plynů. Jestliže se zvýší teplota kvašení, vzniká i více oxidu siřičitého, rychleji však (u všech sledovaných kmenů) klesne množství oxidu siřičitého. Nejvíce SO₂ produkuje kmen 2, nejméně kmen 7.

Rozdíly v metabolizmu – včetně tvorby SO2 – souvisejí s odlišným růstem jednotlivých kmenů. Sledovaným ukazatelem je počet buněk ve vznosu (obrázek) během hlavního kvašení. ⁵⁾

Kvasinky přestavují při kvašení své buněčné stěny

Flokulaci a sedimentaci kvasnic ovlivňují kromě speciálních kvasinkových FLO-genů a dalších faktorů i změny polysacharidů buněčných stěn během kvašení, a to především mannanu, méně glukanu. Hůře fl okulující prachové kvasnice (typický představitel je kmen 95) mají více mannanu než kvasnice krupičkovité, které fl okulují velmi dobře (kmen 7). Mannanu na počátku kvašení nejdříve ubývá, v další fázi jeho hladina vzrůstá, u kmene 7 však po rychlém vzrůstu následuje prudký pokles. U kmene 2 a 95 jsou maxima nižší, ale následný pokles pozvolnější. Flokulovat začínají kvasinky v okamžiku, kdy je mannanu v buněčných stěnách nejméně. Rozdíly nejsou výrazné, nicméně nejnižší hladiny mannanu jsou u kmene 7, který má také nejlepší fl okulační a sedimentační schopnosti.

Změny buněčných zásob při kvašení

Glykogen je základní zásobní látkou, kterou buňka využívá k získání energie, a to především na počátku růstu. Kmen 7 má v porovnání s kmeny 2 a 95 více buněčných zásobních polysacharidů, speciálně glykogenu, ale i disacharidu trehalózy. Při kvašení hladina glykogenu u všech tří kmenů nejdříve klesá, posléze si jej však buňky opět syntetizují. Je-li glykogenu v buňkách více (u kmene 7), mohou se tyto kvasinky rychleji množit (v porovnání s kmeny 2 a 95). Více buněčných glykogenových zásob však snižuje tvorbu SO₂ při kvašení – již jsme viděli, že kmen 7, který má nejvíce zásobního glykogenu, produkuje v porovnání s kmenem 95, a především s kmenem 2 nejméně SO₂.

Mladinové aminokyseliny

Aminokyseliny, které jsou přítomny v mladině, absorbují kvasinky během kvašení postupně. Nejdříve jsou zužitkovány aminokyseliny treonin a serin. Až když poklesne jejich koncentrace k určité minimální hranici, jejíž hodnota je u jednotlivých kmenů odlišná, mohou kvasinky spotřebovávat i aminokyseliny ostatní. Potřebu dalších aminokyselin si musí do té doby krýt vlastní syntézou (viz obrázek). Kmen 7 syntetizuje vzhledem k rychlejšímu pomnožení více „větvených“ aminokyselin (především lyzin) na počátku kvašení, celkově je méně schopen využít aminokyseliny z mladiny (obrázek). To vysvětluje sklon piv připravených s kmenem 7 k vyšší hladině diacetylu, protože je do zkvašovaného média při kvašení exkretováno více 2-acetolaktátu, který vzniká jako meziprodukt syntézy lyzinu a neenzymovou cestou je následně mimo buňky dekarboxylován na diacetyl. Vysoké koncentrace diacetylu dávají pivu nepříznivou vůni a letinkovou6 chuť.

Zkvašování sacharidů

Základní sacharid pivovarských mladin, maltózu, 7 jsou kvasinky schopny zkvasit, až když poklesne hladina glukózy k určité hranici, která se opět liší u jednotlivých kvasničných kmenů. Nejintenzivněji maltózu využívá při vyšší zbytkové hranici glukózy kmen 2, nejméně kmen 7 (obrázek).

Redukce karbonylových sloučenin

Dnes zákazníci požadují, aby pivo bylo po celou garanční dobu nejen čiré, ale aby si zachovalo i čerstvou chuť. Tato doba je u lahvového piva až jeden rok.

V poslední době byly v kvasinkách zjištěny enzymy typu reduktáz, které jsou schopny degradovat některé karbonylové sloučeniny, jež jsou v mladině a později způsobí starou chuť piva. Zatím jsou známy dva enzymové systémy kvasinek, a to alkoholdehydrogenáza, která katalyzuje redukce pentanalu a pentenalu, a aldoreduktáza specifi cká pro 3-methylbutanal a pentanal. Při konstantní teplotě kvašení má nejvyšší aktivitu enzymu 3-methylbutanal reduktázy kmen 2, nejnižší kmen 7. Maximum dosahuje tato aktivita v exponenciální fázi kvašení. Se zvyšující se teplotou se aktivita tohoto enzymu zvyšuje, se snížením teploty naopak klesá (obrázek).

Kvasnice výrazně neovlivňují oxidačně-redukční kapacitu piva, která je závislá především na kvalitě surovin sladu i chmele a na technologických podmínkách. Obdobně nebyl prokázán jejich vliv na vyloučení polyfenolových sloučenin během hlavního kvašení, které závisí spíše na fyzikálněchemickém stavu těchto látek v mladině, průběhu teplot a pH při kvašení.

Každý si hlídá tu svou

Z několika málo pohledů na vlastnosti pivovarských kvasinek je dobře vidět, jak je jejich volba významná. Správný výběr kvasničného kmene a jeho fyziologický stav se podílejí na charakteristických senzorických vlastnostech určité značky piva. Jednotlivé kmeny se liší v hloubce prokvašení mladiny, což závisí nejen na schopnosti pomnožení, míře zkvašování mladinových sacharidů, ale i na rychlosti a míře fl okulace a sedimentace po prokvašení hlavního podílu extraktu. Kmeny se liší i v intenzitě tvorby a poměru koncentrací typických buketních látek, kterými jsou vyšší alkoholy, estery a mastné kyseliny. Produkují však také rozdílné hladiny sloučenin, které ve vyšších koncentracích mají negativní vliv na chuť piva, např. diacetylu. Specifi cké genetické vlastnosti určitých kmenů mohou výrazně přispět i k oddálení koloidních a senzorických změn skladovaného piva. Proto se sládkové snaží pracovat stále se stejnými kmeny, které mají odzkoušené a vyhovují kvalitě jejich výrobků. Pokud je nutné provést výměnu, vybírají kmen s podobnými vlastnostmi, jaké měl kmen původní.